Linux 进程间通信（IPC）机制详解：管道、FIFO 与 System V 共享内存

Linux 进程间通信(IPC)

所有进程间通信的前提是：先让需要进行通信的进程看到同一份资源（内存）

匿名管道（通常用于父子通信）

1. 可使用pipe()系统调用函数创建匿名管道，函数原型为int pipe(int fd[2])，函数功能为创建一个匿名管道文件，并分别使用读、写两种方式打开，并将参数fd[0]指向读打开的文件描述符，fd[1]指向写打开的文件描述符，若创建失败则返回-1，成功则返回0

2. 在创建子进程之前打开一个文件且未关闭时，创建子进程后子进程会对父进程的文件描述符表进行深拷贝，确保文件描述符指向的文件对象中维护的引用计数++，因此，若想不依赖RAII以及进程结束自动释放struct_file，就需要在父子进程中各进行一次close操作（如下图，创建子进程会复制父进程PCB，深拷贝文件描述符表，且其实图中的fiules_struct本身也是内存级的，创建子进程时也会拷贝一份）

   

3. 建立匿名管道流程图示

   

   注：图中的第三步，关闭父子进程中各自不需要的文件描述符是必要步骤，原因是，若都不关闭，则会导致子进程写入数据完毕，退出，父进程read函数会读取管道文件中的数据，当读取完毕时，发现管道的写操作引用计数不为1（因为父进程的写没关），则会直接阻塞（注：一般文件由于本身大小确定，就算同时被读写方式打开，当读取结束，即读到文件结束符时，read函数会直接返回0，而非阻塞，但管道文件是特例）

4. 匿名管道是可以允许多个进程共同使用的，但在实际应用中，为避免数据混乱，一般仅用来进行一对一通信

匿名管道代码示例：

https://gitee.com/xiao-dongs-code-repository/gitee_dmk/tree/master/Linux/2026_2_27

匿名管道的5种特性及4种通信情况：

5种特性：

1. 匿名管道，只能用来进行具有血缘关系的进程进行进程间通信
2. 管道文件，自带同步机制（管道的读写操作具有阻塞特性，因此内核能够在读写双方之间提供基本的同步机制）
3. 管道是面向字节流的
4. 所有的管道都是单向通信的，也就是半双工中的一种特殊情况（注，若创建匿名管道时不进行第三步（即上面提到的关闭父子中不需要的文件描述符），这样的管道也不能称为双向通信，因为双向通信有"数据相互独立，不会造成混乱"的隐含条件
5. 所有文件（包括管道文件）的fd的生命周期，是随进程的（即若不使用close，dup2等函数主动关闭进程中打开的文件，则该文件会一直存在至该进程结束，进程结束时则会自动关闭）

4种情况：

1. 写慢读快：类似创建匿名管道时注释说明的情况，读端被阻塞，直到写端关闭或继续写入数据

   

2. 写快读慢：当管道文件被写满时，为防止再次写入覆盖上面未被读取的数据，会将写端阻塞

   

3. 写关读继续：会将管道中的全部数据读完，然后检测到写端的引用计数为0，则read函数会直接返回0（类似普通文件读取到文件结束符的行为）

   

4. 读关写继续：很显然，这是一种无用功，就算再怎么写，也不会被其他进程得知，而由于操作系统会检测无用行为，因此会直接使用13（SIGPIPE）信号杀掉写端进程，不过值得一提的是，这个信号并不是在读端关闭后直接发送信号（即不是close()后就立刻杀死对应读端进程），而是当读端被关闭，写端再一次尝试写入后，发现对应读端被关闭，才会发送13信号（可将写端使用getline函数手动输入数据测试出这个性质）

   

4种情况的测试代码：

https://gitee.com/xiao-dongs-code-repository/gitee_dmk/blob/master/Linux/2026_3_2/anonymous_pipe_test.cpp

命名管道

1. 创建命名管道：可使用位于sys/stat.h库的mkfifo(const char *pathname, mode_t mode)系统调用，函数功能为创建一个命名管道，参数pathname为管道文件名，mode为管道文件的权限（常使用八进制数0666，但需注意系统的权限掩码umask），返回值为0表示成功，返回-1表示失败
2. 与匿名管道不同，命名管道与普通文件类似，会在指定目录下创建一个文件类型为p的命名管道文件，且匿名管道仅能实现具备血缘关系的进程（如父子进程中需要子进程继承父进程文件描述符表来实现通信），但命名管道由于其原理与一般文件极其相似，可允许任意进程之间进行通信
3. 使用命名管道进行通信的方式很简单，首先使用mkfifo函数创建一个命名管道文件，然后想通信的进程间仅需要对该命名管道使用常规文件操作即可，如一个进程server使用read方式打开命名管道，另一个进程client使用write方式打开同一个命名管道，接下来，server与client之间就可以通过这个命名管道fifo实现通信了
4. 命名管道也支持多个进程相互通信
5. 可使用unlink系统调用函数删除文件（本质是删除硬连接，当删除后引用计数为0时会删除文件，可用于删除普通文件、命名管道等除目录外的文件）

命名管道的4种特性及4种通信情况

命名管道其实与匿名管道的5种特性及4种通信情况一样，只不过没有匿名管道只能血缘通信的限制

命名管道代码示例：

https://gitee.com/xiao-dongs-code-repository/gitee_dmk/blob/master/Linux/2026_3_7/mkfifo_server.cpp

命名管道的RAII封装示例：

https://gitee.com/xiao-dongs-code-repository/gitee_dmk/tree/master/Linux/2026_3_8

systemV共享内存

共享内存的特性

1. 共享内存会挂载到内存中的共享区
2. 共享内存不会随着进程的结束而自动销毁，其生命周期是跟随操作系统的
3. 共享内存具备shmid编号，从1开始递增，就算删除的前面分配的共享内存，再次创建也不会重复使用前面的编号（除非编号到达极限，则会巡回使用）
4. 建议使用shmid控制共享内存，而非创建共享内存时使用的key
5. 共享内存的使用方式类似malloc函数申请的堆区空间，只不过shmget申请的空间会被挂载至共享区
6. systemV共享内存本身为通信速度舍弃了信息的准确传递（不具备信息的保护性），在现代工程种很少使用，但老项目中可能常见

共享内存的创建

1. 创建：使用shmget(key_t key, size_t size, int shmflg)系统调用，参数key为命名键值，size为申请内存的字节数，shmflg为共享内存的权限，若创建成功，则返回值为共享内存在系统中的编号（shmid），失败则返回-1，其中key一般需要通过ftok(const char *pathname, int proj_id)函数获取，第一个参数建议传一般文件路径 + 名称，而非目录文件（当然目录文件也可以生成key），不过切记，不能使用不存在的文件进行创建，第二个参数没有要求（ftok函数本质是一个算法，其依赖pathname中的inode编号，因此，若传递相同的pathname与proj_id，则返回的key相同）
2. 挂载：使用shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg)系统调用，参数shmid为共享内存的ID，shmaddr为共享内存的起始地址，shmflg为共享内存属性，若成功则返回值为共享内存的映射到调用的进程的起始虚拟地址，挂载失败则返回-1
3. 卸载：使用shmdt(const void *shmaddr)系统调用，参数shmaddr为共享内存映射到调用进程的起始虚拟地址，返回值为0表示成功，返回-1表示失败
4. 删除：使用shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf)系统调用，其具备多种功能，但需要删除时，参数shmid为信号量的ID，cmd应填入IPC_RMID,，buf处传入nullptr即可，返回值为0表示成功，返回-1表示失败，需要注意的是，该函数的更准确功能是，将共享内存标记为延迟删除，当没有任何一个进程挂载该共享内存时，该内存才会被删除

创建共享内存代码示例：

https://gitee.com/xiao-dongs-code-repository/gitee_dmk/tree/master/Linux/2026_3_10